專利名稱：帶有可加強(qiáng)流體返回區(qū)域的鑿巖鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及一種用于在地下鉆井的轉(zhuǎn)動(dòng)式鉆頭，具體地說(shuō)是涉及一種具有一單件式鉆頭本體的鉆頭，所述鉆頭本體能在鉆井作業(yè)的過(guò)程中加強(qiáng)流體的流動(dòng)并且能大大減少流體從鉆孔的底部返回到井表面所受的限制。
背景技術(shù)：
有多種類型的轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭或鑿巖鉆頭可被用來(lái)在地下鉆孔。這種鑿巖鉆頭的例子包括用于鉆油井和天然氣井的滾動(dòng)式錐形鉆頭或轉(zhuǎn)動(dòng)式錐形鉆頭。一種典型的滾動(dòng)式錐形鉆頭包括一鉆頭本體，它具有一用來(lái)連接一鉆井套管的上端。有多個(gè)支撐臂(一般為三個(gè))從鉆頭本體的下端延伸，每一支撐臂都具有一相對(duì)鉆頭本體的設(shè)定的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線沿徑向向內(nèi)和向下凸伸的軸。
傳統(tǒng)的滾動(dòng)式錐形鉆頭一般由三個(gè)部分構(gòu)成。各個(gè)部分之間可以靠一焊接槽沿縱向定位在一起。然后，可以采用傳統(tǒng)技術(shù)將這三個(gè)部分焊接在一起，以形成鉆頭本體。每一部分上還包括一從鉆頭本體上伸出的相關(guān)支撐臂。在鉆頭本體內(nèi)通常形成有一個(gè)加大的腔室或通道以容納來(lái)自鉆井套管的鉆孔流體。美國(guó)專利第4,054,772號(hào)、名為“用于鑿巖鉆頭焊接的定位系統(tǒng)”中揭示了一種用三個(gè)單獨(dú)的部分構(gòu)成一三件式錐形轉(zhuǎn)動(dòng)鑿巖鉆頭的方法和裝置。本申請(qǐng)中援引美國(guó)專利第4054,772號(hào)以作參考。
一切削刀錐體組件通常安裝在各個(gè)軸上，并且可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在處于軸和切削刀錐體中的軸容納腔室的內(nèi)部之間的軸承上。在鄰近支撐臂的鉆頭本體上可以形成一個(gè)或多個(gè)噴嘴殼體。一噴嘴一般位于各殼體中，以使來(lái)自鉆井套管的鉆孔流體穿過(guò)鉆頭本體，被引向正在形成的鉆孔的底部。鉆井用流體通常由鉆井套管提供，它起到包括下述的幾個(gè)作用將在鉆孔底部鉆出的材料沖走、清洗切削刀錐體組件、以及在鉆頭本體外部和鉆孔內(nèi)壁之間的環(huán)形空間內(nèi)使切削碎屑先是徑向向外然后再向上地帶走。美國(guó)專利第4,056,153號(hào)、名為“帶有用于非常硬的地層的多排分布的轉(zhuǎn)動(dòng)式鑿巖鉆頭”和名為“鑿巖鉆頭”的美國(guó)專利第4,280,571號(hào)都是傳統(tǒng)的滾動(dòng)式錐形鉆頭的例子，它們具有安裝在一從一支撐臂上凸伸的軸上的切削刀錐體組件。美國(guó)專利第4,056,153號(hào)和美國(guó)專利第4,280,571號(hào)都被援引在本申請(qǐng)中以作參考。
當(dāng)采用這樣的轉(zhuǎn)動(dòng)式鉆頭或鑿巖鉆頭鉆孔時(shí)，切屑和其它類型的碎屑由于受到受制約的流體的作用而集中在深孔位置中。這些流體受制約的位置例如包括鄰近于各個(gè)支撐臂的鉆頭本體的下部、鉆頭本體的外側(cè)和鉆孔相鄰壁之間的環(huán)形區(qū)域。其它的流體受約束的區(qū)域可包括各個(gè)切削刀錐體組件的背面、支撐臂和鉆孔壁的一部分。這些碎屑集中的結(jié)果是，使流體流動(dòng)的區(qū)域減少，甚至還導(dǎo)致通過(guò)這些區(qū)域的流體速度增加，并且使相鄰金屬構(gòu)件的腐蝕程度加大。隨著腐蝕程度的加深，關(guān)鍵的構(gòu)件、例如軸承和密封件可能都要暴露于鉆井用流體和鉆井時(shí)產(chǎn)生的碎屑，這可能引起所用的鑿巖鉆頭過(guò)早地失效。
發(fā)明概要用本發(fā)明可以大大地減少或消除前述鑿巖鉆頭和轉(zhuǎn)動(dòng)式錐形鉆頭的種種不利之處和問(wèn)題。本發(fā)明的一個(gè)方面中包括一單件式的鉆頭本體，它能在鉆井作業(yè)的過(guò)程中加強(qiáng)圍繞鉆頭本體和支撐臂外側(cè)的流體流動(dòng)，因此可以加強(qiáng)用來(lái)將切屑和其它碎屑從鉆孔的底部攜帶到鉆井表面的流體流動(dòng)。鄰近于相關(guān)支撐臂的鉆頭本體的下部最好是包括一大體凸形的外表面，該表面能消除與每一支撐臂相關(guān)的切削刀錐體組件之上方的切屑和/或鉆井用流體的滯流現(xiàn)象。鉆頭本體的凸形表面能促進(jìn)切屑或其它碎屑從切削刀錐體組件起沿徑向朝鉆孔內(nèi)壁移動(dòng)，并且向上穿過(guò)鉆孔壁和相關(guān)鉆井套管之間形成的環(huán)形空間。
本發(fā)明的另一個(gè)方面在于，它把鉆頭本體的外徑保持成盡可能的小，并且能同時(shí)提供符合美國(guó)石油協(xié)會(huì)(API)標(biāo)準(zhǔn)的螺旋式鉆頭連接件，以便把相關(guān)的鉆頭連接到鉆井套管上。通過(guò)使鉆頭本體的外徑盡可能變小，可以使相關(guān)的轉(zhuǎn)動(dòng)式錐形鉆頭的外側(cè)和鉆孔之間的流體流動(dòng)區(qū)域大大地增加。與很多具有同一直徑規(guī)格的傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)式錐形鉆頭相比，在某些情況下，本發(fā)明可使鉆頭本體的外側(cè)和鉆孔內(nèi)壁之間的流體流動(dòng)區(qū)域增加百分之二十(20％)或更多。
本發(fā)明的另一個(gè)方面在于，它能使每一支撐臂和與其相關(guān)的切削刀錐體組件的位置最優(yōu)化，從而增加了鉆頭本體的外側(cè)和相關(guān)切削刀錐體組件的相關(guān)部分之間的流體流動(dòng)。使切削刀錐體組件相對(duì)于相關(guān)鉆頭本體之外側(cè)的位置最優(yōu)化可以導(dǎo)致從鉆頭本體的下部和切削刀錐體組件之間的空間到相關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭外部，以及向上經(jīng)過(guò)鉆井套管和鉆孔內(nèi)壁之間的環(huán)形空間的流體流動(dòng)及切屑的運(yùn)動(dòng)得到加強(qiáng)。
根據(jù)本發(fā)明的單件、整體式鉆頭本體的重要的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于，它能把流體噴嘴定位在鉆頭本體中各個(gè)不同的位置上，并且不會(huì)影響相關(guān)支撐臂和/或切削刀錐體組件的設(shè)計(jì)和位置。在鉆頭本體中對(duì)諸噴嘴和與其相關(guān)的流體通道加以定位可以不再需要通常是形成在前述轉(zhuǎn)動(dòng)式鉆頭外側(cè)上的噴嘴殼體或噴嘴套管。這些噴嘴殼體或噴嘴套管會(huì)大大減少返回流體在相關(guān)鉆頭的外側(cè)和鉆孔的內(nèi)壁之間的所能獲得的流動(dòng)區(qū)域。根據(jù)各鉆頭的使用意圖，本發(fā)明還可以把從噴嘴流出的流動(dòng)流體引導(dǎo)成大致平行于鉆井套管和鉆頭的設(shè)定的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線。可以將噴嘴出來(lái)的流體流動(dòng)引導(dǎo)在相鄰的切削刀錐體組件之間。還可以把流體噴嘴定位在靠近相關(guān)鉆頭本體之中心的位置上，以防止從噴嘴流出的流體對(duì)從鉆孔底部返回、夾帶了切屑的流體的流動(dòng)通路產(chǎn)生干擾。
本發(fā)明的又一些技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于，它提供了一種單件、整體式的鉆頭本體，該鉆頭本體具有一體對(duì)稱、加大的腔室，以接納從相關(guān)鉆井套管來(lái)的鉆井用流體。最好是設(shè)置一個(gè)或多個(gè)與該腔室相交的流體通道。在某些情況下，可以把流體通道的長(zhǎng)度和直徑選擇成能為各噴嘴提供層流，這種層流能大大減少對(duì)噴嘴和/或鉆頭本體內(nèi)表面的腐蝕。各流體通道可以非常簡(jiǎn)單加工而成，它們具有相對(duì)較直和均勻的內(nèi)徑。
本發(fā)明的另一個(gè)發(fā)面在于，它能用一單件、整體式的鉆頭本體來(lái)形成一轉(zhuǎn)動(dòng)式鉆頭，所述鉆頭本體具有一個(gè)或多個(gè)用來(lái)接納一各自支撐臂的凹穴。一根軸最好是形成為各個(gè)支撐臂的一個(gè)整體的部分，該軸用來(lái)把切削刀錐體組件安裝到各個(gè)支撐臂上。本發(fā)明可允許對(duì)整體式鉆頭本體內(nèi)的諸凹穴以及與其相關(guān)的支撐臂進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便使諸切削刀錐體組件定位在相對(duì)于鉆頭本體和鉆孔壁的最佳位置上，從而可在鉆井作業(yè)的過(guò)程中加強(qiáng)流體以及切屑返回鉆井表面的流動(dòng)。
本發(fā)明的另一個(gè)重要的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于，它能提供一種具有可用不同類型材料制成的一鉆頭本體和諸支撐臂的轉(zhuǎn)動(dòng)式鉆頭本體。例如，可以用AISI 8620合金鋼來(lái)制造鉆頭本體，這種材料能使鉆頭本體的生產(chǎn)成本最低，同時(shí)可以為相關(guān)的鉆頭提供較強(qiáng)的向下鉆孔的性能，并且限制使用其它成本較高的合金鋼只形成支撐臂。因此，本發(fā)明能大大降低材料成本，同時(shí)能加強(qiáng)鉆孔的性能。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明為了更好地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，下面將結(jié)合各附圖對(duì)本發(fā)明作具體描述，在各附圖中

圖1是一局部剖開的立體示意圖，示出了一具有本發(fā)明的各種特征、連接于一設(shè)置在一井孔內(nèi)的鉆井套管的一端上的旋轉(zhuǎn)式錐形鉆頭；圖2是一局部分解的立體圖，示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)式錐形鉆頭；圖3是一分解的剖視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一個(gè)單件式鉆頭本體、支撐臂和切削錐體組件；圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的一個(gè)單件鉆頭本體的剖視圖；圖5是圖3和圖4中所示的鉆頭本體的端視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的一個(gè)單件鉆頭本體的剖視圖；圖7是沿圖6的線7-7的剖視圖；圖8是圖6和圖7中所示的鉆頭本體的局部端視圖；以及圖9是一鉆頭本體的剖視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)凹穴構(gòu)造以及用于諸流體噴嘴的多個(gè)不同位置。
本發(fā)明的詳細(xì)描述結(jié)合圖1-圖9可以更好地理解本發(fā)明的幾個(gè)較佳實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)，在各附圖中，凡是相同的標(biāo)號(hào)均表示相同或相應(yīng)的構(gòu)件。
如用于說(shuō)明的各附圖所示，本發(fā)明具體表現(xiàn)為用來(lái)在地下鉆一個(gè)孔時(shí)所采用的旋轉(zhuǎn)式錐形鉆頭20。旋轉(zhuǎn)式錐形鉆頭20有時(shí)可以稱為“旋轉(zhuǎn)鉆頭”或“鑿巖鉆頭”。旋轉(zhuǎn)式錐形鉆頭20最好包括用來(lái)連接鉆頭20和鉆井套管22的螺紋連接部分或銷44。螺紋連接部分44和鉆井套管22上對(duì)應(yīng)的螺紋連接部分(未顯示)設(shè)計(jì)成能使鉆頭20相應(yīng)于在井表面處的鉆井套管22的旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
如圖1所示，鉆頭20可以連接于鉆井套管22，并設(shè)置在鉆孔24內(nèi)。在鉆井套管22的外表面和鉆孔24的內(nèi)表面或壁面28之間形成有環(huán)形空間26。除了旋轉(zhuǎn)鉆頭20，常常把鉆井套管22用作一導(dǎo)管，以將鉆孔用流體和其它來(lái)自鉆井表面的流體傳送至處在鉆孔24的底部的鉆頭20?？梢詫⑦@些鉆孔用流體從鉆井套管22引至設(shè)在鉆頭20內(nèi)的各個(gè)噴嘴60。由鉆頭20形成的切屑和其它位于鉆孔24底部的碎屑將與從各噴嘴60中噴出的鉆孔用流體相混合，并通過(guò)環(huán)形空間26而回到井表面。
對(duì)于旋轉(zhuǎn)式錐形鉆頭20來(lái)說(shuō)，切削作用或鉆削作用是切削刀錐體組件100藉鉆井套管22的旋轉(zhuǎn)作用而圍繞鉆孔24的底部滾動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的。由壁面28形成的鉆孔24的最終內(nèi)徑大致與切削刀錐體組件100的總外徑或直徑規(guī)格相對(duì)應(yīng)。切削刀錐體組件100彼此相互協(xié)作，從而憑藉鉆頭20的旋轉(zhuǎn)形成鉆孔24的壁面28。切削刀錐體組件100有時(shí)可以稱為“旋轉(zhuǎn)式錐形切削刀”或“滾子式錐形切削刀”。
如圖1、圖2和圖3所示，每一切削刀錐體組件100包括帶有諸凸伸插入件104的切割邊102，所述凸伸插入件響應(yīng)于從鉆井套管22施加到鉆頭20上的重量和旋轉(zhuǎn)作用緊抵著鉆孔24的諸側(cè)面和底面進(jìn)行刮削和挖鑿。每一切削刀錐體組件100的切割邊102和插入件104的位置可以變化，以施加所需的向下切削作用。本發(fā)明中也可以采用其它類型的切削刀錐體組件，包括(但不限于)具有銑齒而不是插入件104的切削刀錐體組件。由鉆頭20形成的切屑和其它碎屑可以通過(guò)由諸噴嘴60噴出的鉆孔用流體而從鉆孔24的底部傳送至鉆井表面。攜帶著碎屑的流體通常是從鉆頭20的下方徑向向外流動(dòng)，然后向上經(jīng)過(guò)環(huán)形空間26朝著鉆井表面的方向流動(dòng)。
鉆頭20最好包括一單件式或整體式的鉆頭本體40，它帶有一上部42，所述上部具有適于將鉆頭20固定于鉆井套管22之下端的螺紋連接部分或銷44。三個(gè)支撐臂70連接于鉆頭本體40上，并從鉆頭本體40上與銷44相對(duì)的那一端縱向延伸出來(lái)。每一支撐臂70最好包括連接于各個(gè)支撐臂70的內(nèi)表面76，并從其延伸出來(lái)的軸82。本發(fā)明的一個(gè)重要特征在于，它能將一個(gè)或多個(gè)支撐臂70從鉆頭本體40上拆除，并且能利用同一個(gè)鉆頭本體40重新建立起一個(gè)鉆頭20。
鉆頭本體40包括一其上形成有一大體凸形的外表面48的下部46。凸形表面48的尺寸和切削刀錐體組件100的位置選擇成能使鉆頭本體40的下部和切削刀錐體組件100之間的流體流動(dòng)情況達(dá)到最佳。如下文中將要詳細(xì)描述的那樣，通過(guò)調(diào)整相關(guān)的支撐臂70的長(zhǎng)度以及在鉆頭本體40外表面上的每一支撐臂70之間的間距，可以改變切削刀錐體組件100相對(duì)于下部46的相對(duì)位置。
如圖2和3所示，鉆頭本體40包括設(shè)置在上部42和下部46之間的中部52?？v軸線或中心軸線50延伸穿過(guò)鉆頭本體40，并大體上與鉆頭20的設(shè)定的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相對(duì)應(yīng)。中部52最好是帶有多個(gè)凹穴的大體上呈圓柱形的結(jié)構(gòu)，這些凹穴形成在中部的外表面內(nèi)，并沿徑向相互隔開。諸凹穴54的數(shù)目選擇成和與之相連的諸支撐臂70的數(shù)目相一致。中部52外表面上的諸凹穴54的彼此之間的間距選擇成與諸支撐臂70的所需間距相對(duì)應(yīng)，并且對(duì)應(yīng)于與它們相關(guān)的切削刀錐體組件100。還可以讓凹穴54的位置發(fā)生變化，以使切削刀錐體組件100相對(duì)于縱軸線50和鉆頭20的設(shè)定的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線產(chǎn)生一個(gè)所需的偏移。
每一支撐臂70具有一延伸貫通的縱軸線72。諸支撐臂70最好安裝在它們各自的凹穴54內(nèi)，并且使它們各自的縱軸線72大體上相互平行，并平行于與相關(guān)的鉆頭本體40的縱軸線50。對(duì)于一種應(yīng)用來(lái)說(shuō)，每一支撐臂70的一部分最好是通過(guò)形成在每一凹穴54的外表面或外周以及相關(guān)支撐臂70的相鄰部分之間的一系列焊縫焊接在與其相關(guān)的凹穴內(nèi)?？梢詫?duì)鄰接于鉆頭本體40之外表面的每一凹穴54的外周加以改進(jìn)以提供焊接面和/或焊接槽，以幫助將每一支撐臂70和與其相關(guān)的凹穴54連接起來(lái)。
圖3是一個(gè)分解的剖視圖，示出了鉆頭本體40、一個(gè)支撐臂70及與其相關(guān)的切削刀錐體組件100之間的關(guān)系。每一切削刀錐體組件100最好以一種大致相同的方式構(gòu)造和安裝在與之相關(guān)的軸82上。每一支撐臂70最好是以一種實(shí)際相同的方式構(gòu)造和安裝在與之相關(guān)的凹穴54內(nèi)。因此，將只對(duì)一個(gè)支撐臂70和切削刀錐體組件100進(jìn)行具體描述，因?yàn)閷?duì)其它兩個(gè)支撐臂70和與之相關(guān)的切削刀錐體組件100的描述是相同的。
支撐臂70具有一相對(duì)縱軸線72大體呈矩形的結(jié)構(gòu)。沿著垂直于縱軸線72的方向截得的支撐臂70的橫截面可以是各種形狀，所述截面形狀取決于相關(guān)的凹穴54的形狀以及根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)而可結(jié)合入支撐臂70的其它特征。支撐臂70包括頂面74、內(nèi)表面76、底邊78和外表面80。支撐臂70還包括最好平行并平行于縱軸線72的側(cè)面84和86。
本發(fā)明的各種特征可以體現(xiàn)在內(nèi)表面76、外表面80、側(cè)面84和86的部分中。選擇每一支撐臂70的各個(gè)尺寸使其和相關(guān)凹穴54相一致。如圖2和3所示，使包括上端或頂面74、內(nèi)表面76的相鄰部分以及側(cè)面84和86的那一部分支撐臂70的尺寸能適配在相關(guān)的凹穴54中。
如在下文中將要具體描述那樣，內(nèi)表面76可以根據(jù)需要加以改進(jìn)以提供本發(fā)明的各種特征。內(nèi)表面76的形狀大致上可以在頂面74和底邊78之間變化。相應(yīng)于側(cè)面84和86的內(nèi)表面78的形狀也可以根據(jù)相關(guān)的凹穴來(lái)變化。內(nèi)表面76和外表面80在支撐臂70的底邊78處是鄰接的。鄰接于底邊78的外表面部分80經(jīng)常被稱作襯衫下擺面(shirttail surface)88。
對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例而言，在每一支撐臂70的內(nèi)表面76上形成有第一開口75和第二開口77。每一凹穴54的后壁64上可以形成有第一柱桿53和第二柱桿55。第一柱桿53和第二柱桿55從后壁64向外延伸，它們分別和第一開口75及第二開口77相接合，從而把每一支撐臂70定位在與其相關(guān)的凹穴54內(nèi)。在某些情況下，第一開口最好是包括一個(gè)從頂面74延伸的縱向狹槽，其尺寸能接納第一柱桿53。第二開口77最好具有一大體圓形的形狀，以在其中接納第二柱桿55?？梢圆捎弥鶙U53和55以及開口75和77將每一個(gè)支撐臂70于焊接之前定位在相關(guān)的凹穴54中。
軸82最好是相對(duì)于支撐臂70的縱軸線72以及鉆頭20設(shè)定的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線向下并向內(nèi)傾斜。軸82的這種取向使得切削刀錐體組件100的外表面能在鉆孔作業(yè)的過(guò)程中與鉆孔24的側(cè)面和底面相接觸。對(duì)于某些情況來(lái)說(shuō)，最好是將每一支撐臂70、與之相關(guān)的軸82及切削刀錐體組件100從鉆頭20的設(shè)定的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線偏離。通過(guò)使形成在鉆頭本體40的外表面上的相關(guān)凹穴54從鉆頭本體40的縱軸線50偏離一相應(yīng)距離，就可以方便地獲得所需的偏離。偏離值可以是從鉆頭20的轉(zhuǎn)動(dòng)方向上從0度變化至5或6度或從接近0英寸變化至英寸。
如圖1、圖2和圖3所示，每一切削刀錐體組件100包括基部108，該基部帶有一從其上延伸出來(lái)的錐形殼體或頂端106。對(duì)于某些情況而言，基部108包括一截頭圓錐體形的外表面110，該外表面的傾斜方向最好與外殼106的傾斜方向相對(duì)?；?08還包括底面112，該底面可以設(shè)置在與之相關(guān)的支撐臂70的內(nèi)表面76部分附近。基部108最好包括開口120，從該開口延伸有腔室114。腔室114穿過(guò)基部108，并延伸入殼體106。開口120和腔室114的大小選擇成能把每一切削刀錐體組件100安裝在與之相關(guān)的軸82上。在軸82上可以安裝一個(gè)或多個(gè)軸承組件122，這些軸承組件并設(shè)置在腔室114內(nèi)的一軸承壁和軸82上的環(huán)形軸承面81之間?？梢圆捎靡环N常用的滾珠保持系統(tǒng)124來(lái)將切削刀錐體組件100固定在軸82上。
切削刀錐體組件100可以采用任何硬質(zhì)鋼材或其它具有足夠強(qiáng)度、硬度和耐磨性的高強(qiáng)度工程合金來(lái)制造，以承受向下鉆孔過(guò)程中遇到的種種嚴(yán)酷情況。對(duì)在。腔室114內(nèi)使切削刀錐體組件100轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承組件122和其它任何軸承加以保護(hù)可以延長(zhǎng)鉆頭20的使用壽命。一旦有鉆屑進(jìn)入切削刀錐體組件100的軸承面和軸82之間，鉆頭20很快便會(huì)失效。本發(fā)明提供了一種圍繞鉆頭20、相關(guān)支撐臂70和切削刀錐體組件100之外部的增強(qiáng)的流體流動(dòng)，從而避免碎屑進(jìn)入每一切削刀錐體組件100的各軸承面和相關(guān)的軸82之間。通常是在切削刀錐體組件100的軸承面和與其相關(guān)的軸82之間的縫隙內(nèi)設(shè)置一彈性密封件，例如密封件116。然而，一旦密封件116失效，鉆井用流體和其它碎屑還是會(huì)經(jīng)過(guò)切削刀錐體組件100和相關(guān)軸82之間的縫隙的后很快污染軸承面。
在某些情況下，可以用一個(gè)具有鉆頭20所需的金屬特性、大致圓柱形的實(shí)心原料或棒料(未示)來(lái)制造或加工鉆頭本體40。例如可以用AISI 8620合金鋼來(lái)制造鉆頭本體40。
可以用傳統(tǒng)的制螺紋的技術(shù)在鉆頭40的上部42上形成螺紋連接部分44。決定鉆頭本體40的中部52的外徑的一個(gè)主要要求是能提供螺紋連接部分44所需的材料厚度。下面用于螺旋式鉆頭連接部分的API表格中示出了鉆頭的各種尺寸和所需的連接銷尺寸。
螺旋式鉆頭連接部分123 4鉆頭尺寸 螺紋連接部分的鉆頭的分斜徑鉆頭的分斜徑(英寸) 尺寸和型式 (±1/64英寸)(±1/64英寸)33/4到41/2(包括) 23/8REG 33/64 35/6445/8到5(包括)27/8REG 339/64 311/6451/8到73/8(包括) 31/2REG 47/64 49/6471/2到93/8(包括) 41/2REG 521/64 523/6491/2到141/2(包括)65/8REG 723/64 725/64145/8到181/2(包括) 75/8REG 815/32 81/2185/8及更大(包括)85/8REG 935/64 937/64鉆頭20的尺寸取決于與三個(gè)切削刀錐體組件100相關(guān)的最大外徑或直徑規(guī)格。每一切削刀組件的位置和它們相對(duì)于鉆頭20的設(shè)定的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的總直徑規(guī)格是凹穴54和其上分別安裝著切削刀錐體組件100的相關(guān)支撐臂70的尺寸的函數(shù)。
可以把具有各種大小的切削刀錐體組件100的支撐臂70連接到凹穴54中，這樣就可以使鉆頭20具有所需的尺寸。最好把軸82的尺寸選擇成能容納將要安裝在相關(guān)支撐臂70上的最大和最小的切削刀錐體組件100。因此，具有適于安裝71/2英寸鉆頭的螺紋連接部分44的單件式鉆頭本體40也可以被用于93/8英寸的鉆頭或者是這兩個(gè)尺寸之間的其它尺寸的鉆頭。值得注意的是，當(dāng)鉆頭的尺寸從71/2增加到93/8英寸時(shí)，鉆頭本體40之中間部分52的外徑基本上保持為同一個(gè)大小。因此，如果拿93/8英寸的鉆頭和71/2英寸的鉆頭來(lái)比較的話，鉆頭本體40的外表面和鉆孔24的內(nèi)壁24之間的環(huán)形空間26的流動(dòng)區(qū)域便顯著增加了。
從圖2、圖3和圖5清楚可見，每一凹穴54均包括后壁64及一對(duì)側(cè)壁66和68。后壁64以及側(cè)壁66和68的尺寸選擇成和與其相鄰的相關(guān)支撐臂70的內(nèi)表面76以及側(cè)面84和86相一致。在某一情況下，側(cè)壁66和68相對(duì)后壁64形成一個(gè)45度的角度。還有，每一凹穴54最好是包括與其形成一體、和相關(guān)支撐臂70的頂面74相配合的上表面65。在某些情況下，于每一凹穴54和鉆頭本體40的下部46的凸面48之間的相交部分處，在每一凹穴54的外周上可以成形出一個(gè)焊接槽49。
每一凹穴54的寬度(Wp)要選擇成能容納相關(guān)的支撐臂70。本發(fā)明的一實(shí)施例的一個(gè)重要特征在于，支撐臂70具有有限的寬度。通過(guò)對(duì)支撐臂70的寬度加以限制，可以在相鄰的各支撐臂70之間提供足夠的間隙空間160，這樣就可以加強(qiáng)支撐臂70和鉆頭本體40的下部46上的凸面48之間的流體流動(dòng)。
本發(fā)明的另一個(gè)重要特征在于，它能改變支撐臂70的長(zhǎng)度，因此能在安裝于每一支撐臂70上的相關(guān)切削刀錐體組件100和鉆頭本體40的下部46上的凸面48之間獲得所需的流體流動(dòng)。在某一情況下，從頂面74到底邊78的支撐臂70的長(zhǎng)度最好是選擇成至少為支撐臂寬度的3倍。在每一切削刀錐體組件100和相鄰的凸面48之間最好至少有一個(gè)1/2英寸的間隙。
如圖3所示，在鉆頭本體40的上部42中可以形成有加大的腔室56。上部42中設(shè)置有開口58，以在鉆井套管22和腔室56之間形成流體連通。從開口58延伸到鉆頭本體40之中部52的一個(gè)中間位置的腔室56的內(nèi)徑通常是均勻的。在某些情況下，腔室56可以形成為與鉆頭本體40的縱軸線50同心。
在腔室56和鉆頭本體40的下部46的凸面48之間、在鉆頭本體40內(nèi)可延伸一個(gè)或多個(gè)流體通道62。在每個(gè)通道62的鄰近于凸面48的地方可設(shè)置開口61。每一開口61內(nèi)最好是設(shè)置多個(gè)凹槽63，這樣就可以在每個(gè)流體通道62內(nèi)安裝各種類型的噴嘴或噴嘴插入件60。此外，還可以設(shè)置例如一彈性擋環(huán)和/或O形密封圈之類的附加構(gòu)件(未示)，以把每個(gè)噴嘴插入件60定位在凹槽63中。用各種已有的技術(shù)就可以讓人滿意地將噴嘴60安裝在與其相關(guān)的開口61中。在某些情況下，可以采用碳化鎢或其它合適的材料來(lái)制造噴嘴插入件60，這樣就可以抵抗流過(guò)其中的流體的腐蝕。還有，可在鉆頭本體40中靠近開口61的地方設(shè)置一個(gè)或多個(gè)入口(未示)，以用鎖定螺絲或連接銷和/或進(jìn)行電鉚焊，從而把噴嘴插入件60固定在凹槽63中。
噴嘴60最好是包括一個(gè)或多個(gè)噴出口59。可以將噴嘴60設(shè)置在每個(gè)流體通道62中，這樣就可以對(duì)從腔室56經(jīng)過(guò)相應(yīng)的流體通道62和相關(guān)噴嘴60后到達(dá)鉆頭本體40外部的流體的流動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在某些情況下，可以對(duì)每個(gè)流體通道62的長(zhǎng)度和直徑加以選擇，從而在腔室56和相應(yīng)的噴嘴60之間形成層流。利用本發(fā)明形成的流體通道的直徑大于原先傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)式錐形鉆頭中流體通道的直徑。這種直的、內(nèi)徑較大的通道62可以使對(duì)噴嘴60的腐蝕或沖蝕降至最低。
本發(fā)明的一個(gè)重要特征在于，它能改變流體通道62和相關(guān)噴嘴60在鉆頭本體40中的位置，并且不影響凹穴54和相關(guān)支撐臂70的位置。下文中將要詳細(xì)描述的鉆頭本體140、240和340中示出了根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的、流體通道62和與其相關(guān)的噴嘴60在相應(yīng)的鉆頭本體中的各種不同位置。圖5中示出了代表著鉆頭本體40和鉆頭本體1 40的下部46。圖中示出的下部46帶有三個(gè)凹穴54和三個(gè)相關(guān)流體通道62的開口61，這些開口圍繞鉆頭本體40和140的外周彼此沿徑向相對(duì)地隔開。對(duì)圖5中所示的這一例子而言，流體通道62和相關(guān)的開口61彼此間沿徑向隔開大約120度(120°)。類似地，每一支撐臂凹穴54和其相鄰的凹穴54之間也沿徑向隔開大約120度(120°)。
圖4中示出的鉆頭本體140表示了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。除了流體通道162以外，鉆頭本體140基本上是和前述的鉆頭本體40是一樣的。鉆頭本體140包括腔室56以及從該腔室延伸的第一流體通道62。在第一通道62和鉆頭本體140的中部152的外側(cè)之間可以形成一個(gè)第二通道162。第二通道162最好是形成為相對(duì)第一通道62成一個(gè)銳角，于是，從第二流體通道162排出的任何流體便有助于在鉆頭20的外側(cè)和鉆孔24的內(nèi)壁28之間的環(huán)形空間162內(nèi)的流體流動(dòng)。
在某些情況下，可在開口61中放一個(gè)具有適當(dāng)尺寸的塞子(未示)以用來(lái)引導(dǎo)全部流體從腔室56經(jīng)第一流體通道62、并向上經(jīng)第二流體通道162后到達(dá)鉆頭本體140的中部152的外側(cè)。在另一些情況下，在開口61的凹槽63內(nèi)可設(shè)置一個(gè)具有適當(dāng)大小噴出口(未示出)的噴嘴60，以用來(lái)控制或調(diào)節(jié)從第一流體通道62和第二流體通道162流出的流體的流量。還有，在第二流體通道162中可以設(shè)置一第二噴嘴(未示)。本發(fā)明可在相關(guān)鉆頭本體內(nèi)的各不同位置上設(shè)置多個(gè)流體通道和噴嘴，因此加強(qiáng)了流體從鉆井底部經(jīng)環(huán)形空間26后流到鉆井表面的流動(dòng)。如果需要，可以在鉆頭本體140中設(shè)置多個(gè)通道162。
圖6中示出的鉆頭本體240表示了本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例中包括了改進(jìn)的凹穴254和流體通道262，所述流體通道262大致平行于、并且同心于相關(guān)鉆頭本體240的縱軸線50?？梢栽诹黧w通道262內(nèi)、靠近相關(guān)的凸面248與鉆頭本體140的縱軸線50相交的地方設(shè)置帶有一個(gè)或更多個(gè)噴出口59的噴嘴60。例如，圖8是鉆頭本體240的一個(gè)局部端視圖，其中凸面248上有著安裝在開口261中的噴嘴260。如圖8所示，噴嘴260最好是包括三個(gè)噴出口259，這三個(gè)噴出口在彼此之間、并且相對(duì)鉆頭本體240的縱軸線50是有規(guī)則地定位。在某些情況下，相應(yīng)于相關(guān)的流體通道262的僅一個(gè)扇形區(qū)域，需要使噴嘴260的噴出口259相互之間靠得比較近。
如圖6所示，鉆頭本體240最好是包括和前述的鉆頭本體40一樣的上部42。與鉆頭本體40的中部52和下部46相比，鉆頭240的中部252和下部246是經(jīng)過(guò)了一定的改進(jìn)。下部246最好是包括類似于鉆頭本體240的凸面48的凸面248，但是凹穴254、用于噴嘴260的開口261以及缺口280的構(gòu)造是有所區(qū)別的。如前所述，鉆頭本體40和鉆頭本體240的一個(gè)區(qū)別之處包括，鉆頭本體240中設(shè)置有基本平行于并且同心于縱軸線50的流體通道262。此外，可在鉆頭本體240外部的凹穴54之間可以設(shè)置多個(gè)角度間隔的缺口280。大致同心于縱軸線50來(lái)設(shè)置流體通道262可減小鉆頭本體140的外徑和/或可設(shè)置缺口280。
缺口280可以從鉆頭本體240的下部246一直延伸到中部252外側(cè)的一個(gè)位置。每一缺口280部分地是由一傾斜面282來(lái)限定的，所述斜面從鉆頭本體240的下部246起徑向向外地延伸，以便使流體從鉆頭本體240的下部246到相關(guān)鉆頭20外側(cè)的流動(dòng)狀況得到加強(qiáng)。諸凹穴254和缺口280最好是圍繞鉆頭本體240的外周交替地設(shè)置，并且沿徑向相互隔開。在圖7所示的例子中，每一凹穴254的中心線最好是形成一個(gè)相互之間成120度(120°)的角度。類似地，每一缺口280的中心線也最好是形成一個(gè)相互之間成120度(120°)的角度。
鉆頭本體240的諸凹穴254類似于前述鉆頭本體40的諸凹穴54，只是其側(cè)壁266和268是經(jīng)過(guò)了改進(jìn)。從圖7中清楚可見，側(cè)壁266包括一個(gè)相對(duì)后壁64大約成45度(45°)角延伸的第一部分266a和一個(gè)從第一部分266a起相對(duì)后壁64大約成90度(90°)延伸的第二部分266b。側(cè)壁268包括類似的一第一部分268a和一第二部分268b。第二部分266b和268b基本上是相互平行設(shè)置的。
圖9中示出的鉆頭本體340表示了本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例。圖9是鉆頭本體340的中部352的剖視圖，示出了在腔室56(在圖8中未示)和鉆頭本體340的外表面之間延伸的流體通道62和開口61的交替位置。鉆頭本體340還包括與凹穴54相比大體呈方形的諸凹穴354。
本發(fā)明的一個(gè)重要的好處在于，它能夠改變各個(gè)流體通道62和與其相關(guān)的噴嘴60的位置，因此可以像希望的那樣引導(dǎo)鉆井用流體從腔室56排出鉆頭本體。在某些情況下，可以把流體通道62和與其相關(guān)的噴嘴60設(shè)置成能從鉆頭本體340上延伸的相鄰切削刀錐體組件100之間引導(dǎo)流體流動(dòng)。還有，可以改變選定的流體通道62和與其相關(guān)的噴嘴60的位置，以便調(diào)節(jié)流體從相應(yīng)的噴嘴60中排出時(shí)相對(duì)鉆孔24的內(nèi)壁28和/或底部所成的角度。對(duì)直徑為7英寸(7″)到8英寸(8″)的鉆孔而言，可以把從噴嘴60噴出的流體引導(dǎo)成與鉆孔24的底部相交在前壁28大約1英寸(1″)的地方。本發(fā)明中能根據(jù)相應(yīng)鉆孔的口徑和其它向下鉆孔時(shí)的情況來(lái)改變從噴嘴60噴出的流體和鉆孔24的底部之間的交點(diǎn)。為了說(shuō)明起見，鉆頭本體340中還示出了大致平行于鉆頭本體340的縱軸線而延伸的流體通道362。
可以為流體通道62選擇不同的位置，并無(wú)需改變形成在鉆頭本體340外側(cè)上的凹穴354的位置。把噴嘴60和與其相關(guān)的流體通道62定位成相對(duì)比較接近縱軸線50，可以使從噴嘴60噴出的流體和夾帶了切屑的返回流體之間的干擾減至最小。由于已有技術(shù)中要靠焊接工藝把三個(gè)部分焊接成鉆頭本體，所以限制了噴嘴的數(shù)量以及能安裝流體噴嘴的位置。
如前所述，本發(fā)明的一個(gè)重要特征在于，它能夠改變流體通道62、262和362的數(shù)量和位置和/或相關(guān)流體噴嘴60的位置，因此可以加強(qiáng)流體相對(duì)于相關(guān)的切削刀錐體組件100和相關(guān)鉆頭本體40、140、240和340的下部的流動(dòng)狀況。參見圖6和圖7中示出的鉆頭本體240，在本發(fā)明中可以把噴嘴60定位在靠近鉆頭本體240的下部246的凸面248與穿過(guò)鉆頭本體240延伸的縱軸線50的相交處。
本發(fā)明還有一個(gè)重要的特征在于，它能改變形成在相關(guān)鉆頭本體外側(cè)的凹穴的形狀。例如，圖9中示出的鉆頭本體340具有大體方形的凹穴354。每一凹穴354的寬度是相關(guān)側(cè)壁366和368之間的距離。對(duì)本發(fā)明的該實(shí)施例而言，凹穴354的總寬度(Wp)最好是被限制在不超過(guò)相關(guān)鉆頭本體340周長(zhǎng)的一半(1/2)。還有，每一凹穴354的寬度(Wp)最好是不超過(guò)鉆頭本體340外側(cè)上相鄰凹穴354之間的間隔。通過(guò)對(duì)凹穴354的寬度加以限制，可以在與每一凹穴354相連的支撐臂之間有足夠的空間，因此可以加強(qiáng)流體圍繞鉆頭的流動(dòng)狀況。
盡管上面已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明及其好處，但應(yīng)該理解的是，在不偏離由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以作出種種變化、替換和改動(dòng)，但這些均應(yīng)落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于形成一鉆孔的轉(zhuǎn)動(dòng)式錐形鉆頭，它包括一單件式的鉆頭本體，它具有一上部，該上部可連接于一使所述鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)的鉆井套管；多個(gè)支撐臂，它們連接于所述鉆頭本體，并且與所述上部相對(duì)地延伸，每一所述支撐臂都具有一內(nèi)表面，所述內(nèi)表面上帶有一連接于其上的軸，每個(gè)軸均相對(duì)于與其相關(guān)的支撐臂大致向下并向內(nèi)凸伸；多個(gè)數(shù)量等于支撐臂數(shù)量的切削刀錐體組件，它們分別被安裝在一個(gè)所述軸上；以及所述鉆頭本體還具有一下部，該下部帶有一形成于其上的、大致成凸形的外表面，因此可以在所述切削刀錐體組件和所述鉆頭本體的所述下部之間加強(qiáng)流體的流動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的鉆頭，其特征在于，所述單件式鉆頭本體還包括一設(shè)置在所述鉆頭本體的所述上部和所述下部之間的中部；所述中部的形狀大致為圓柱形；在所述鉆頭本體的所述中部的外側(cè)上形成有多個(gè)凹穴，以用來(lái)將所述支撐臂連接到所述鉆頭本體上，所述凹穴的數(shù)量等于所述支撐臂的數(shù)量；以及所述凹穴在所述中部的外側(cè)相互隔開。
3.如權(quán)利要求1所述的鉆頭，其特征在于，所述鉆頭本體還包括一設(shè)置在所述鉆頭本體的所述上部和所述下部之間的中部；所述中部的形狀大致為圓柱形；在所述鉆頭本體的所述中部的外側(cè)上形成有多個(gè)凹穴，以用來(lái)將所述支撐臂連接到所述鉆頭本體上，所述凹穴的數(shù)量等于所述支撐臂的數(shù)量；以及多個(gè)形成在所述鉆頭本體的外側(cè)上、處在所述凹穴之間的缺口。
4.如權(quán)利要求3所述的鉆頭，其特征在于，它還包括所述缺口是從所述鉆頭本體的所述下部一直延伸到所述鉆頭本體的所述中部的外側(cè)中間的一個(gè)位置上；每一所述缺口均是部分地由一個(gè)從所述鉆頭本體的所述下部徑向向外傾斜的表面形成的，因此可以加強(qiáng)從所述鉆頭本體的所述下部向所述鉆頭本體的所述外側(cè)的流體流動(dòng)；以及所述缺口的數(shù)量等于所述凹穴和所述支撐臂的數(shù)量。
5.如權(quán)利要求1所述的鉆頭，其特征在于，它還包括所述鉆頭本體具有一大致相應(yīng)于所述鉆頭的設(shè)定的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的縱軸線；一形成在所述鉆頭本體的所述上部?jī)?nèi)的加大的腔室；一處于所述腔室內(nèi)、使所述鉆井套管和所述腔室流體連通的開口；至少一個(gè)形成在所述鉆頭本體內(nèi)、于所述腔室和所述鉆頭本體的所述下部之間延伸的流體通道；以及一設(shè)置在所述流體通道內(nèi)、鄰近于所述鉆頭本體的所述下部之處的噴嘴。
6.如權(quán)利要求5所述的鉆頭，其特征在于，它還包括所述流體通道大致平行于所述鉆頭本體的所述縱軸線延伸；以及所述噴嘴被定位在接近于所述鉆頭本體的所述下部的所述凸面和所述鉆頭本體的所述縱軸線的交點(diǎn)處。
7.如權(quán)利要求5所述的鉆頭，其特征在于，它還包括所述流體通道是以相對(duì)所述鉆頭本體的縱軸線成一個(gè)角度那樣的方式延伸穿過(guò)所述鉆頭本體；以及所述噴嘴被設(shè)置在所述流體通道內(nèi)，以便引導(dǎo)流體在所述切削刀錐體組件之間流動(dòng)。
8.如權(quán)利要求5所述的鉆頭，其特征在于，所述腔室從所述開口起沿著所述鉆頭本體的所述縱軸線延伸到所述鉆頭本體的所述中部的一個(gè)中間位置，其內(nèi)徑大致均勻。
9.如權(quán)利要求8所述的鉆頭，其特征在于，它還包括所述流體通道大致平行于所述鉆頭本體的所述縱軸線延伸；一設(shè)置在所述流體通道內(nèi)、鄰近于所述鉆頭本體的所述下部的噴嘴；以及所述噴嘴具有三個(gè)噴出口，它們沿徑向相互隔開，并且與所述鉆頭本體的所述縱軸線隔開。
10.如權(quán)利要求5所述的鉆頭，其特征在于，它還包括一形成在所述鉆頭本體內(nèi)、于所述腔室和所述鉆頭本體的所述下部之間延伸的第一流體通道；一形成在所述鉆頭本體內(nèi)、于所述第一流體通道和所述鉆頭本體的所述中部的所述外側(cè)之間延伸的第二流體通道；所述第二流體通道相對(duì)于所述第一流體通道形成一個(gè)角度，從而使從所述第二流體通道流出的任何流體能有助于部分地由所述鉆頭和所述鉆孔所限定的一環(huán)形空間內(nèi)的流體流動(dòng)。
11.一種用于形成帶有一側(cè)壁和底部的鉆孔的轉(zhuǎn)動(dòng)式錐形鉆頭，它包括一單件式的鉆頭本體，它具有一作為一整體部分形成的上部，所述上部的外側(cè)上帶有一螺旋式鉆頭連接部分，以將所述鉆頭連接到一帶動(dòng)所述鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)的鉆井套管上；多個(gè)支撐臂，它們連接于所述鉆頭本體，并且與所述上部方向相反地延伸，每一所述支撐臂都具有一內(nèi)表面，所述內(nèi)表面上帶有一連接于其上的軸，每個(gè)軸均相對(duì)于與其相關(guān)的支撐臂大致向下并向內(nèi)凸伸；多個(gè)數(shù)量等于支撐臂數(shù)量的切削刀錐體組件，每一個(gè)所述切削刀錐體組件分別被安裝在一根軸上，以用來(lái)鉆削所述鉆孔的所述側(cè)壁和底部；所述鉆頭本體具有一下部，該下部帶有一形成于其上的大致成凸形的外表面，因此可以在所述切削刀錐體組件和所述鉆頭本體的所述下部之間加強(qiáng)流體的流動(dòng)。一設(shè)置在所述鉆頭本體的所述上部和所述下部之間的中部；以及所述中部的形狀大致為圓柱形，所述諸支撐臂連接于所述中部。
12.如權(quán)利要求11所述的鉆頭，其特征在于，所述鉆頭本體還包括多個(gè)形成在所述鉆頭本體的所述中部的外側(cè)上的、相互隔開的凹穴，它們是用來(lái)將所述支撐臂連接到所述鉆頭本體上，所述凹穴的數(shù)量等于所述支撐臂的數(shù)量；以及每一所述凹穴均具有一作為一整體部分的上表面，以便與其相關(guān)支撐臂的一頂面相配合。
13.如權(quán)利要求11所述的鉆頭，其特征在于，它還包括每一支撐臂均具有一縱軸線；可以對(duì)所述縱軸線的長(zhǎng)度加以選擇，以便使安裝在每一支撐臂上的所述切削刀錐體組件能處在一個(gè)最佳的位置上，這樣就可以加強(qiáng)所述切削刀錐體組件和所述鉆頭本體的所述下部之間的流體流動(dòng)；以及每一支撐臂的寬度均不超過(guò)所述中部的外側(cè)上相鄰支撐臂之間的圓周距離，以便加強(qiáng)設(shè)置在所述凹穴中的所述支撐臂與所述鉆頭本體的所述下部之間的流體流動(dòng)。
14.如權(quán)利要求11所述的鉆頭，其特征在于，它還包括所述鉆頭本體的所述中部具有一外徑；所述鉆頭本體的所述上部具有一與形成于其上的螺旋式鉆頭連接部分相一致的外徑；以及所述上部的外徑大約等于所述中部的所述外徑，而這個(gè)外徑的值大約等于美國(guó)石油協(xié)會(huì)所規(guī)定的所述螺旋式鉆頭連接部分的最小直徑。
15.如權(quán)利要求11所述的鉆頭，其特征在于，所述鉆頭還包括多個(gè)形成在所述鉆頭本體的所述中部的外側(cè)上的凹穴，它們是用來(lái)將所述支撐臂連接到所述鉆頭本體上，所述凹穴的數(shù)量等于所述支撐臂的數(shù)量；以及每一所述凹穴的縱軸線的長(zhǎng)度大約等于設(shè)置在其相關(guān)凹穴中支撐臂長(zhǎng)度的三分之一。
16.一種用于形成帶一側(cè)壁和底部的鉆孔的轉(zhuǎn)動(dòng)式錐形鉆頭，它包括一單件式的鉆頭本體，它具有一上部，所述上部的外側(cè)上帶有一螺旋式鉆頭連接部分，以便將所述鉆頭連接到一帶動(dòng)所述鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)的鉆井套管上；多個(gè)支撐臂，它們連接于所述鉆頭本體，并且與所述上部相反方向延伸，每一所述支撐臂都具有一內(nèi)表面，所述內(nèi)表面上帶有一連接于其上的軸，每個(gè)軸均相對(duì)于與其相關(guān)的支撐臂大致向下并向內(nèi)凸伸；多個(gè)數(shù)量等于支撐臂數(shù)量的切削刀錐體組件，每個(gè)所述切削刀錐體組件被分別安裝在每一根軸上，以用來(lái)鉆削所述鉆孔的所述側(cè)壁和底部；所述鉆頭本體具有一下部，該下部帶有一形成于其上的大致成凸形的外表面，因此可以在所述切削刀錐體組件和所述鉆頭本體的所述下部之間加強(qiáng)流體的流動(dòng)。一設(shè)置在所述鉆頭本體的所述上部和所述下部之間的中部；所述中部的形狀大致為圓柱形，其外徑部分地取決于所述螺旋式鉆頭連接部分所需的尺寸；多個(gè)形成在所述鉆頭本體的所述中部的外側(cè)上的凹穴，它們是用來(lái)將所述支撐臂連接到所述鉆頭本體上，所述凹穴的數(shù)量等于所述支撐臂的數(shù)量；以及所述諸凹穴圍繞所述中部的外周等距離地間隔。
17.如權(quán)利要求16所述的鉆頭，其特征在于，它還包括每一支撐臂均具有一縱軸線；可以對(duì)每個(gè)支撐臂的長(zhǎng)度加以選擇，以便使安裝在每一支撐臂上的所述切削刀錐體組件能處在一個(gè)最佳的位置上，這樣就可以加強(qiáng)所述切削刀錐體組件和所述鉆頭本體的所述下部之間的流體流動(dòng)；以及將每一支撐臂的寬度選擇成與所述相關(guān)凹穴的寬度相一致；以及將所述諸支撐臂的總寬度選擇成小于所述鉆頭本體的所述中部的外側(cè)周長(zhǎng)的一半，以便加強(qiáng)所述支撐臂與所述鉆頭本體的所述下部之間的流體流動(dòng)。
18.如權(quán)利要求16所述的轉(zhuǎn)動(dòng)式式錐形鉆頭，其特征在于，它還包括所述鉆頭本體的所述中部具有一外徑；所述鉆頭本體和所述螺旋式鉆頭連接部分相互配合，以便在無(wú)需增加所述鉆頭本體的所述中部之所述外徑的情況下，將各種尺寸的支撐臂和切削刀錐體組件連接到所述鉆頭本體上。
19.如權(quán)利要求16所述的鉆頭，其特征在于，它還包括所述鉆頭本體具有一大致相應(yīng)于所述鉆頭的設(shè)定的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的縱軸線；一形成在所述鉆頭本體的所述上部?jī)?nèi)的加大的腔室；在所述腔室內(nèi)的一開孔，以便在所述鉆井套管和所述腔室之間形成流體連通；至少一個(gè)形成在所述鉆頭本體內(nèi)、于所述腔室和所述鉆頭本體的所述下部之間延伸的流體通道；以及一設(shè)置在所述流體通道內(nèi)、鄰近于所述鉆頭本體的所述下部的噴嘴。
20.如權(quán)利要求16所述的鉆頭，其特征在于，它還包括所述流體通道相對(duì)于所述鉆頭本體的縱軸線成一個(gè)角度延伸，并穿過(guò)所述鉆頭本體；以及所述噴嘴處在所述流體通道內(nèi)，以便在所述各切削刀錐體組件之間引導(dǎo)流體流動(dòng)。
全文摘要
一種用于形成一鉆孔(24)的轉(zhuǎn)動(dòng)式錐形鉆頭(20)，包括一單件式的鉆頭本體(40)，該本體具有一帶有一凸形外表面的下部(46)以及一適于連接于一鉆井套管(22)的上部(42)。鉆頭本體(40)上最好是連接有多個(gè)支撐臂(70)，這些支撐臂從鉆頭本體上懸垂。每一所述支撐臂(70)都具有一內(nèi)表面(76)，所述內(nèi)表面上帶有一根軸(82)以便連接相關(guān)的支撐臂(70)。這些軸(82)上設(shè)置了多個(gè)數(shù)量等于支撐臂(70)數(shù)量的切削刀錐體組件(100)。各支撐臂(70)在鉆頭本體(40)的外側(cè)上是間隔開的，以便在鉆頭本體的下部(46)和支撐臂(70)之間加強(qiáng)流體的流動(dòng)。并且，選擇支撐臂(70)的長(zhǎng)度以便在相關(guān)的切削刀錐體組件(100)和鉆頭本體的下部(46)之間提供流體的流動(dòng)。可以用同一個(gè)鉆頭本體裝備不同直徑規(guī)格的各種轉(zhuǎn)動(dòng)式錐體組件。
文檔編號(hào)E21B10/20GK1155316SQ95194536
公開日1997年7月23日 申請(qǐng)日期1995年8月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月8日
發(fā)明者艾倫·迪·赫夫斯圖特勒 申請(qǐng)人:德萊塞工業(yè)股份有限公司